RU188868U1

RU188868U1 - The driving wheel of the centrifugal multistage pump

Info

Publication number: RU188868U1
Application number: RU2019106693U
Authority: RU
Inventors: Юрий Александрович Нифантов; Сергей Владимирович Тойбич
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "АДЕС"
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2019-04-25

Abstract

Полезная модель относится к области центробежных гидравлических машин и может быть использована в добывающей промышленности, а также сельском хозяйстве и для бытовых нужд. Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в повышении КПД с сопутствующим сохранением габаритных характеристик рабочего колеса многоступенчатого насоса. Сущность полезной модели заключается в том, что рабочее колесо центробежного многоступенчатого насоса содержит основной и покрывной диски, между которыми расположены лопатки, при этом проточная часть рабочего колеса имеет перегиб и обратный уклон и отличается тем, что дополнительно содержит вспомогательные лопатки, 8 з.п. ф-лы, 2 фиг.The invention relates to the field of centrifugal hydraulic machines and can be used in the mining industry, as well as in agriculture and for domestic needs. The technical result, which is aimed at achieving a utility model, is to increase efficiency with the concomitant preservation of the overall characteristics of the impeller multistage pump. The essence of the utility model lies in the fact that the impeller of a centrifugal multistage pump contains the main and top disks, between which the blades are located, while the flow part of the impeller has a bend and reverse bias and differs in that it additionally contains auxiliary blades, 8 hp f-ly, 2 fig.

Description

Полезная модель относится к области центробежных гидравлических машин и может быть использована в добывающей промышленности, а также сельском хозяйстве и для бытовых нужд.The invention relates to the field of centrifugal hydraulic machines and can be used in the mining industry, as well as in agriculture and for domestic needs.

Известно рабочее колесо центробежного многоступенчатого насоса, содержащее основной и покрывной диски, между которыми расположены лопатки, а проточная часть рабочего колеса имеет перегиб с двумя поворотами потока жидкости, при этом поскольку перегиб имеет прямолинейный участок, то касательная, проходящая через точку перегиба проточной части рабочего колеса параллельна поперечной плоскости, а поскольку выход жидкости расположен под прямым углом, то касательные к выходным кромкам основного и покрывного дисков перпендикулярны поперечной плоскости [US846971, дата публикации: 12.03.1907 г., МПК: F01D 11/005, F04D 29/0413].A centrifugal multistage pump impeller is known, containing a main and a covering discs, between which blades are located, and the flow section of the impeller has a bend with two turns of the fluid flow, and since the bend has a straight section, the tangent passing through the bend point of the flow part of the impeller parallel to the transverse plane, and since the liquid outlet is at right angles, the tangents to the output edges of the main and coating disks are perpendicular to second plane [US846971, Publication date: 12/03/1907, IPC: F01D 11/005, F04D 29/0413].

Недостатком известного технического решения является невозможность одновременного обеспечения увеличенных радиусов поворота жидкости на входе и выходе из рабочего колеса и уменьшения его габаритного размера. При этом уменьшение диаметра рабочего колеса приводит к уменьшению радиусов поворотов потока жидкости, вследствие чего снижается КПД рабочего колеса многоступенчатого насоса и наоборот.A disadvantage of the known technical solution is the impossibility of simultaneously providing increased radii of rotation of the fluid at the inlet and outlet of the impeller and reduce its overall size. A decrease in the diameter of the impeller leads to a decrease in the radii of rotation of the fluid flow, as a result of which the efficiency of the impeller of the multistage pump decreases and vice versa.

Известно рабочее колесо центробежного многоступенчатого насоса, выполненное в виде диска с тангенциальными каналами, а проточная часть рабочего колеса имеет перегиб с двумя поворотами потока жидкости. При этом на основании чертежей можно предположить, что величина угла между касательной, проходящей через точку перегиба проточной части рабочего колеса, и поперечной плоскостью составляет от 35 до 40°, а величина угла между касательными к выходным кромкам основного и покрывного дисков и поперечной плоскостью составляет от 85 до 90° [US4029431, дата публикации: 21.08.1975 г., МПК: F01D 1/34, F01D 5/04, F01D 5/14].Known impeller centrifugal multistage pump, made in the form of a disk with tangential channels, and the flow part of the impeller has a bend with two turns of the fluid flow. At the same time, based on the drawings, it can be assumed that the angle between the tangent passing through the inflection point of the flow part of the impeller and the transverse plane ranges from 35 to 40 °, and the angle between the tangents to the output edges of the main and coating disks and the transverse plane varies from 85 to 90 ° [US4029431, publication date: August 21, 1975, IPC: F01D 1/34, F01D 5/04, F01D 5/14].

Преимуществом известного технического решения являются низкие гидродинамические потери в проточной части рабочего колеса за счет большой величины радиусов поворотов потока жидкости в перегибе проточной части. Однако недостатком известного рабочего колеса является его увеличенный осевой габаритный размер.The advantage of the known technical solutions are low hydrodynamic losses in the flow part of the impeller due to the large radius of rotation of the fluid flow in the bend of the flow part. However, the disadvantage of the known impeller is its increased axial dimension.

В качестве прототипа выбрано рабочее колесо центробежного многоступенчатого насоса, содержащее основной и покрывной диски, между которыми расположены лопатки, а проточная часть в меридиональном сечении рабочего колеса имеет перегиб с двумя поворотами потока жидкости и обратным уклоном. При этом на основании чертежей можно предположить, что величина угла между касательной, проходящей через точку перегиба проточной части рабочего колеса, и поперечной плоскостью составляет от 15 до 20°, а величина угла между касательными к выходным кромкам основного и покрывного дисков и поперечной плоскостью составляет от 25 до 30° [US2014294575, дата публикации: 02.10.2014 г., МПК: F01D 1/06, F04D 29/44].As a prototype, an impeller of a centrifugal multistage pump is selected, containing the main and top disks, between which the blades are located, and the flow section in the meridional section of the impeller has a bend with two turns of the fluid flow and a reverse slope. At the same time, based on the drawings, it can be assumed that the angle between the tangent passing through the inflection point of the flow part of the impeller and the transverse plane ranges from 15 to 20 °, and the angle between the tangents to the output edges of the main and coating disks and the transverse plane varies from 25 to 30 ° [US2014294575, publication date: 10/02/2014, IPC: F01D 1/06, F04D 29/44].

Преимуществом прототипа перед известным техническим решением являются увеличенные радиусы поворота, более низкое гидродинамическое сопротивление проточной части и, как следствие, более высокий КПД рабочего колеса. Однако общим недостатком прототипа и других известных решений являются их недостаточно хорошие массогабаритные характеристики из-за большой высоты рабочего колеса, которая обусловлена необходимостью увеличения осевой длины рабочего колеса для повышения КПД ступени многоступенчатого насоса, либо низкий КПД из-за малой величины углов между касательными к выходным кромкам основного и покрывного дисков и поперечной плоскостью. При этом попытка уменьшения высоты рабочего колеса без изменения радиусов поворотов, либо применение конструкции с малыми углами между касательными к выходным кромкам основного и покрывного дисков и поперечной плоскостью (либо без изменения величины этого угла) приводит к снижению КПД рабочего колеса центробежного многоступенчатого насоса, что в значительной степени ухудшает его эксплуатационные характеристики.The advantage of the prototype over the known technical solution is increased turning radii, lower hydrodynamic resistance of the flow part and, as a result, higher efficiency of the impeller. However, a common drawback of the prototype and other known solutions is their insufficiently good weight and size characteristics due to the large height of the impeller, which is caused by the need to increase the axial length of the impeller to increase the efficiency of the multi-stage pump stage, or the low efficiency due to the small angles between the tangents to the output the edges of the main and top disks and the transverse plane. An attempt to reduce the height of the impeller without changing the turning radii, or using a design with small angles between the tangents to the output edges of the main and cover disks and the transverse plane (or without changing this angle) results in a decrease in the efficiency of the impeller of a centrifugal multi-stage pump, which significantly affects its performance.

Техническая проблема, на решение которой направлена полезная модель, заключается в улучшении эксплуатационных характеристик рабочего колеса центробежного многоступенчатого насоса.The technical problem addressed by the utility model is to improve the performance of the impeller of a centrifugal multistage pump.

Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в повышении КПД с сопутствующим сохранением габаритных характеристик рабочего колеса многоступенчатого насоса. The technical result, which is aimed at achieving a utility model, is to increase efficiency with the concomitant preservation of the overall characteristics of the impeller multistage pump.

Сущность полезной модели заключается в следующем.The essence of the utility model is as follows.

Рабочее колесо центробежного многоступенчатого насоса содержит основной и покрывной диски, между которыми расположены лопатки, при этом проточная часть рабочего колеса имеет перегиб и обратный уклон. В отличие от прототипа рабочее колесо дополнительно содержит вспомогательные лопатки.The impeller of the centrifugal multistage pump contains the main and top disks, between which the blades are located, while the flow part of the impeller has a bend and reverse slope. Unlike the prototype, the impeller additionally contains auxiliary vanes.

Вспомогательные лопатки обеспечивают возможность увеличения напора потока жидкости в проточной части рабочего колеса. Также применение вспомогательных лопаток позволяет дополнительно уменьшить массогабаритные характеристики рабочего колеса за счет уменьшения количества и толщины основных лопаток и обеспечения возможности изготовления рабочего колеса из полимерных материалов (за счет увеличения жесткости конструкции). Вспомогательные лопатки повторяют форму основных лопаток, а их длина может составлять до 85% от длины основных лопаток. При этом выходная кромка вспомогательных лопаток может быть расположена на одном уровне с выходной кромкой основных лопаток, что обеспечивает возможность увеличения напора потока. Дополнительно рабочее колесо может содержать один или несколько рядов вспомогательных лопаток, что обеспечивает возможность дополнительного увеличения указанных характеристик. При этом вспомогательные лопатки первого ряда могут иметь длину от 40 до 60% от длины основных лопаток, а дополнительные вспомогательные лопатки последующих рядов могут иметь длину от 40 до 60% от длины вспомогательных лопаток предыдущих рядов, что обеспечивает их минимальное гидродинамическое сопротивление потоку жидкости и позволяет дополнительно повысить КПД рабочего колеса центробежного насоса за счет улучшенной организации структуры потока.Auxiliary vanes provide the possibility of increasing the pressure of the fluid flow in the flow part of the impeller. Also, the use of auxiliary blades allows you to further reduce the weight and size characteristics of the impeller by reducing the number and thickness of the main blades and providing the possibility of manufacturing the impeller from polymeric materials (by increasing the rigidity of the structure). Auxiliary blades repeat the shape of the main blades, and their length can be up to 85% of the length of the main blades. In this case, the output edge of the auxiliary blades can be located on the same level with the output edge of the main blades, which makes it possible to increase the flow head. Additionally, the impeller may contain one or more rows of auxiliary blades, which provides an opportunity to further increase these characteristics. At the same time, the auxiliary vanes of the first row can have a length of from 40 to 60% of the length of the main vanes, and additional auxiliary vanes of the subsequent rows can have a length of 40 to 60% of the length of the auxiliary vanes of the previous rows, which ensures their minimal hydrodynamic resistance to the flow of fluid and allows to further increase the efficiency of the impeller of the centrifugal pump due to improved organization of the flow structure

Дополнительно форма лопаток может описываться поверхностями второго порядка, что при уменьшении высоты рабочего колеса обеспечивает возможность вытягивания лопаток по направлению ко входу в рабочее колесо для повышения КПД рабочего колеса улучшения его кавитационных качеств.Additionally, the shape of the blades can be described by second-order surfaces, which, while reducing the height of the impeller, allows the blades to be pulled out towards the impeller inlet to increase the efficiency of the impeller to improve its cavitation properties.

Перегиб проточной части рабочего колеса многоступенчатого насоса обеспечивает возможность направления потока жидкости из рабочего колеса в направляющий аппарат многоступенчатого насоса. Перегиб проточной части имеет точку, в которой происходит плавное изменение направления потока жидкости, движущейся по перегибу, при этом точка расположена приблизительно в его средней части между поворотами потока жидкости. Обратный уклон проточной части рабочего колеса обеспечивает возможность увеличения радиусов поворота потока жидкости, что позволяет снизить гидродинамическое сопротивление проточной части рабочего колеса, и уменьшить общую высоту рабочего колеса, либо расстояние от плоскости входа рабочего колеса до плоскости выхода из рабочего колеса, без потери напора потока, тем самым сохраняя КПД рабочего колеса и улучшая его массогабаритные характеристики. The bend of the flow part of the impeller of a multistage pump provides the ability to direct the flow of fluid from the impeller to the guide apparatus of the multistage pump. The bend of the flow part has a point at which there is a smooth change in the direction of the flow of fluid moving along the bend, while the point is located approximately in its middle part between the turns of the fluid flow. The reverse slope of the flow part of the impeller provides the possibility of increasing the radii of rotation of the fluid flow, which reduces the hydrodynamic resistance of the flow part of the impeller and reduces the total height of the impeller, or the distance from the plane of the impeller inlet to the plane of the exit of the impeller, without loss of head flow, thereby maintaining the efficiency of the impeller and improving its weight and size characteristics.

Выходные кромки основного и покрывного дисков обеспечивают возможность направления потока жидкости из проточной части рабочего колеса во входную часть направляющего аппарата. Величина угла между касательными к выходным кромкам основного и покрывного дисков и поперечной плоскостью может составлять от 40 до 80°, что обеспечивает возможность снижения гидродинамического сопротивления потоку жидкости при ее движении на выходе из рабочего колеса в направляющий аппарат многоступенчатого насоса, что позволяет дополнительно увеличить КПД рабочего колеса. В случае если величина угла будет составлять менее 40°, то при движении потока жидкости во входную часть направляющего аппарата многоступенчатого насоса будет происходить значительное увеличение гидродинамического сопротивления потоку жидкости на выходе рабочего колеса, что негативно сказывается на напоре потока и на КПД рабочего колеса. В случае если величина угла будет превышать 80°, то при повороте потока перед выходом из рабочего колеса будет увеличиваться гидродинамическое сопротивление потоку жидкости и нарушаться организованность ее движения на выходе, что также негативно сказывается на КПД рабочего колеса. Величина угла может составлять от 70 до 75°, что обеспечивает наиболее существенное снижение гидродинамического сопротивления потоку жидкости на выходе и повышение КПД рабочего колеса при имеющихся условиях.The output edges of the main and coating disks provide the ability to direct the flow of fluid from the flow part of the impeller to the input part of the guide vane. The angle between the tangents to the output edges of the main and coating disks and the transverse plane can be from 40 to 80 °, which makes it possible to reduce the hydrodynamic resistance to the flow of fluid when it moves at the exit of the impeller to the guide apparatus of a multistage pump. wheels. If the angle is less than 40 °, then when the fluid flow in the input part of the guide vane of a multistage pump, there will be a significant increase in the hydrodynamic resistance to the fluid flow at the impeller outlet, which negatively affects the head flow and the impeller efficiency. If the angle exceeds 80 °, then when the flow is turned before leaving the impeller, the hydrodynamic resistance to the fluid flow will increase and the organization of its movement at the outlet will be disturbed, which also negatively affects the efficiency of the impeller. The angle can be from 70 to 75 °, which provides the most significant reduction in the hydrodynamic resistance to the flow of fluid at the outlet and increase the efficiency of the impeller under the existing conditions.

Основной и покрывной диски обеспечивают конструкционную прочность рабочего колеса, при этом основной диск обеспечивает возможность установки рабочего колеса на вал насоса. Основные лопатки обеспечивают возможность создания радиальных рабочих каналов между дисками и формирования проточной части рабочего колеса. При этом профилирование проточной части в меридиональном сечении рабочего колеса может обеспечиваться мультилинейной функцией, например, сплайн, мультилинейная и др, совокупностью радиусов и/или прямых таким образом, чтобы при максимально возможных радиусах перегиба проточной части обеспечивалась наименьшая возможная высота рабочего колеса. The main and cover discs provide the structural strength of the impeller, while the main disc allows the impeller to be mounted on the pump shaft. The main blades provide the ability to create radial working channels between the disks and the formation of the flow part of the impeller. In this case, the profiling of the flow part in the meridional section of the impeller can be provided by a multi-line function, for example, a spline, multi-line, etc., with a set of radii and / or straight lines so that with the maximum possible bending radii of the flow part, the smallest possible height of the impeller is provided.

Полезная модель характеризуется ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных отличительных признаков, заключающейся в том, что рабочее колесо дополнительно содержит вспомогательные лопатки, что позволяет за счет создания дополнительных рабочих поверхностей, взаимодействующих с потоком жидкости, увеличить суммарный момент количества движения потока жидкости, выходящего из рабочего колеса, благодаря чему обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении КПД с сопутствующим сохранением габаритных характеристик рабочего колеса многоступенчатого насоса, тем самым улучшая его эксплуатационные характеристики.The utility model is characterized by a set of essential distinguishing features previously unknown in the prior art, namely, that the impeller additionally contains auxiliary vanes, which makes it possible, by creating additional working surfaces interacting with the fluid flow, to increase the total moment of the amount of fluid flow going out of the working fluid. wheels, which ensures the achievement of the technical result, which consists in increasing efficiency with the concomitant preservation dimensional characteristics of the impeller multistage pump, thereby improving its performance.

Совокупность существенных признаков полезной модели неизвестна из уровня техники, что свидетельствует о соответствии полезной модели критерию патентоспособности «новизна».The set of essential features of the utility model is not known from the prior art, which indicates the compliance of the utility model with the “novelty” patentability criterion.

Полезная модель может быть реализована при помощи известных средств, материалов и технологий, что свидетельствует о ее соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость».The utility model can be implemented using known means, materials and technologies, which indicates its compliance with the industrial applicability criterion for patentability.

Полезная модель поясняется следующими фигурами.The utility model is illustrated by the following figures.

Фиг.1 – Рабочее колесо многоступенчатого насоса, аксонометрический вид.Figure 1 - Impeller multistage pump, axonometric view.

Фиг.2 – Рабочее колесо многоступенчатого насоса, местный вырез в покрывном диске, аксонометрический вид.Figure 2 - Impeller multistage pump, a local cut-out in the top disk, axonometric view.

Рабочее колесо многоступенчатого насоса содержит основной диск 1 и покрывной диск 2, между которыми расположены основные лопатки 3 и вспомогательные лопатки 4, при этом проточная часть рабочего колеса имеет перегиб и обратный уклон.The multi-stage pump impeller contains the main disk 1 and the covering disk 2, between which the main blades 3 and the auxiliary vanes 4 are located, while the flow part of the impeller has a bend and reverse slope.

Полезная модель работает следующим образом.The utility model works as follows.

На вход рабочего колеса поступает жидкость из выходной части направляющего аппарата (не показан на фигурах) многоступенчатого насоса и движется по изогнутой проточной части рабочего колеса, образованной основным диском 1, покрывным диском 2, а также поверхностью лопаток 3 и 4. При этом за счет взаимодействия жидкости с поверхностью лопаток 3 и 4 происходит увеличение суммарного момента количества движения потока жидкости из проточной части рабочего колеса в приемную часть направляющего аппарата (не показана на фигурах) многоступенчатого насоса. The impeller enters the liquid from the output part of the guide vane (not shown in the figures) of the multistage pump and moves along the curved flow part of the impeller formed by the main disk 1, the covering disk 2, and the surface of the blades 3 and 4. At the same time due to the interaction liquid with the surface of the blades 3 and 4, an increase in the total moment of the amount of movement of the fluid flow from the flow section of the impeller to the receiving part of the guide vane (not shown in the figures) of the multi-stage pump asosa.

Для иллюстрации достигаемого технического результата было проведено сравнение показателей напора жидкости на выходе рабочего колеса многоступенчатого насоса по прототипу и по полезной модели. При этом рабочее колесо многоступенчатого насоса по прототипу содержало 1, 2 и 3 ряда вспомогательных лопаток.To illustrate the technical result achieved, a comparison was made of the pressure indicators of the liquid at the exit of the impeller of a multistage pump according to the prototype and the utility model. At the same time, the prototype impeller of the multistage pump contained 1, 2, and 3 rows of auxiliary vanes.

В таблице 1 приведена зависимость повышения КПД рабочего колеса при увеличении количества вспомогательных лопаток при постоянной высоте и диаметре рабочего колеса центробежного многоступенчатого насоса.Table 1 shows the dependence of increasing the efficiency of the impeller with increasing number of auxiliary blades at a constant height and diameter of the impeller of a centrifugal multistage pump.

Таблица 1Table 1

nn Повышение КПД, %Increased efficiency% Пример(по прототипу)Example (Prototype) ⎯⎯ ⎯⎯ Пример 1Example 1 1one 33 Пример 2Example 2 22 4four Пример 3Example 3 33 5five

Таким образом достигается технический результат, заключающийся в повышении КПД с сопутствующим сохранением габаритных харктеристик рабочего колеса многоступенчатого насоса, тем самым улучшаются его эксплуатационные характеристики.Thus, a technical result is achieved which consists in increasing the efficiency with concomitant preservation of the overall characteristics of the impeller of a multistage pump, thereby improving its operational characteristics.

Claims

1. The impeller of the centrifugal multistage pump, containing the main and top disks, between which the blades are located, while the flow part of the impeller has a bend and reverse slope, characterized in that it additionally contains auxiliary vanes.

2. The impeller according to claim 1, characterized in that the length of the auxiliary vanes is up to 85% of the length of the main vanes.

3. The impeller according to claim 2, characterized in that the output edge of the auxiliary vanes is flush with the output edge of the main vanes.

4. The impeller according to claim 1, characterized in that it contains a number of additional auxiliary vanes.

5. The impeller according to claim 4, characterized in that the additional auxiliary vanes have a length of from 40 to 60% of the length of the main vanes.

6. The impeller according to claim 5, characterized in that it contains additional rows of auxiliary vanes.

7. The impeller according to claim 6, characterized in that the auxiliary vanes of the additional rows have a length of from 40 to 60% of the length of the auxiliary vanes of the previous rows.

8. The impeller according to claim 1, characterized in that the angle between the tangents to the output edges of the main and coating disks and the transverse plane ranges from 50 to 60 °.

9. The impeller according to claim 1, characterized in that the shape of the blades is described by second-order surfaces.